ATX电源的工作原理.pdf

1 ATX 电源的工作原理 自从 IBM 推出第一台 PC 至今 微机电源已从 AT 电源发展到 ATX 电源 时至今 日 微机电源仍是根据 IBM 公司的个人电脑标准制造的 市场上的 ATX 电源 不管是 品牌电源还是杂牌电源 从电路原理上来看 一般都是在 AT 电源的基础上 做了适当 的改动发展而来的 因此 我们买到的 ATX 电源 在电路原理上一般都大同小异 在 微机国产化的进程上 微机电源技术也由国内生产厂家逐渐消化吸收 生产出了众多国 有品牌的电源 微机电源并非高科技产品 以国内生产厂家的技术和生产实力 应该可 以生产出物美价廉的电源产品 然而 纵观整个微机电源市场情况却不尽人意 许多电 源产品存在着各种选料和质量问题 故障率较高 ATX 电源电路结构较复杂 各部分电路不但在功能上相互配合 相互渗透 且各电路 参数设置非常严格 稍有不当则电路不能正常工作 其主电路原理图见图 从图中可 以看出 整个电路可以分成两大部分 一部分为从电源输入到开关变压器 T1 之前的电 路 包括辅助电源的原边电路 该部分电路和交流 220V 电压直接相连 触及会受到电 击 称为高压侧电路 另一部分为开关变压器 T1 以后的电路 不和交流 220V 直接相 连 称为低压侧电路 二者通过 C03 C04 C05 高压瓷片电容构成回路 以消除静电 干扰 其原理方框图见图 2 从图中可以看出整机电路由交流输入回路 整流滤波电路 推挽开关电路 辅助开关电源 PWM 脉宽调制电路 PS ON 控制电路 保护电路 输 出电路和 PW OK 信号形成电路组成 弄清各部分电路的工作原理及相互关系对我们维 修判断故障是很有用处的 下面简单介绍一下各组成部分的工作原理 1 交流输入回路 交流输入回路包括输入保护电路和抗干扰电路等 输入保护电路指交流输入回路中的过 流 过压保护及限流电路 抗干扰电路有两方面的作用 一是指微机电源对通过电网进 入的干扰信号的抑制能力 二是指开关电源的振荡高次谐波进入电网对其它设备及显示 器的干扰和对微机本身的干扰 通常要求微机对通过电网进入的干扰信号抑制能力要 强 通过电网对其它微机等设备的干扰要小 整流电路 包括整流和滤波两部分电路 将交流电源进行整流滤波 为开关推挽电路提供纹波较小 的直流电压 3 辅助电源 辅助电源本身也是一个完整的开关电源 只要 ATX 电源一上电 辅助电 源便开始工作 输出的两路电压 一路为 5VSB 电源 该输出连接到 ATX 主板的 电 源监控部件 作为它的工作电压 使操作系统可以直接对电源进行管理 通过此功能 实现远程开机 完成电脑唤醒功能 另一路输出电压为保护电路 控制电路等电路供电 4 推挽开关电路 推挽开关电路是 ATX 开关电源的主要部分 它把直流电压变换成高频交流电压 并且 起着将输出部分与输入电网隔离的作用 推挽开关管是该部分电路的核心元件 受脉宽 2 调制电路输送的信号作激励驱动信号 当脉宽调制电路因保护电路动作或因本身故障不 工作时 推挽开关管因基级无驱动脉冲故不工作 电路处于关闭状态 这种工作方式称 作它激工作方式 PWM 脉宽调制电路 PWM Pules Width Modulation 即脉宽调制电路 其功能是检测输出直流电压 与基 准电压比较 进行放大 控制振荡器的脉冲宽度 从而控制推挽开关电路以保持输出电 压的稳定 主要由 IC TL494 及周围元件组成 PS ON 控制电路 ATX 电源最主要的特点就是 它不采用传统的市电开关来控制电源是否工作 而是采 用 5VSB PS ON 的组合来实现电源的开启和关闭 只要控制 PS ON 信号 电平的变化 就能控制电源的开启和关闭 电源中的 S ON 控制电路接受 PS ON 信号 的控制 当 PS ON 小于 1V 伏时开启电源 大于 4 5 伏时关闭电源 主机箱面上的 触发按钮开关 非锁定开关 控制主板的 电源监控部件 的输出状态 同时也可用程序 来控制 电源监控件 的输出 如在 WIN9X 平台下 发出关机指令 使 PS ON 变 为 5V ATX 电源就自动关闭 保护电路 为了保证安全工作 ATX 电源中设置了各种各样的保护电路 当开关电源发生过电压 过电流故障时 保护电路启动 开关电源停止工作以保护负载和电源本身 输出电路 输入整流滤波电路将交流电源进行整流滤波 为主变换电路提供纹波较小的直流电压 接插到主板上的排线包含了电源输出的各路电压及控制信号 ATX 电源输出排线各脚 定义见表 1 各路输出的额定电流见表 2 表 1 电源输出排线功能一览表 Pin 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 导线颜色 橘黄 橘黄 黑色 红色 黑色 红色 黑色 灰色 紫色 黄色 功能 3 3V 提 供 3 3V 电源 3 3V 提 供 3 3V 电源 地线 5V 提供 5V 电 源 地线 5V 提供 5V 电 源 地线 Power OK 电源 正常工 作 5VSB 提 供 5V Stand by 电 源 供电源启动 电路用 12V 提供 12V 电 源 3 Pin 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 导线颜色 橘黄 兰色 黑色 绿色 黑色 黑色 黑色 白色 红色 红色 功能 3 3V 提 供 3 3V 电源 12V 提 供 12V 电源 地线 PS ON 电源启 动信号 低电平 电源开启 高电 平 电源关闭 地线 地线 地线 5V 提 供 5V 电源 5V 提供 5V 电源 5V 提供 5V 电源 表 2 ATX 电源各路电压的额定输出电流 单位 A 电源各输出端 5V 12V 3 3V 5V 12V 5VSB 额定输出电流 21A 6A 14A 0 3A 0 8A 0 8A 9 PW OK 信号的形成 PW OK 信号 在 AT 电源中及部分电源板上称 P G 信号 为微机开机自检启动信号 为了防止开机时各路输出电路时序不定 CPU 或各部件未进入初始化状态造成工作错误 及突然停电时 硬盘磁头来不及移至着陆区造成盘片划伤 微机电源中均设置了 PW O K 信号 10 3 3V 电压二次稳压电路 输出到主板上的 3 3V 电压一般为 CPU 等配件供电 因此 ATX 电源在总体自动控制 稳压的基础上 在 T1 的次级 3 3V 电压的输出负载网络增设了二次自动稳压控制电路 以使 3 3V 输出电压更精确稳定 纵上所述 接通电源后 220V 交流电压经整流滤波电路 输出 300V 直流高压 此电 压同时加到推挽开关电路和辅助电源上 因推挽开关电路的开关功率管没有激励脉冲而 处于待机状态 辅助电源一经得到工作电压便开始工作 送出脉宽调制电路 PS ON 控 制电路 保护电路的工作电压以及主板的 5VSB 待机电压 但因此时没有得到 PS ON 主机的控制信号 PS ON 控制电路输出高电平锁住 PWM 脉宽调制电路使其不起振 此 时电源处于待机状态 按下面板的开机触发开关 PS ON 控制电路得到控制信号 解除 对脉宽调制电路的锁定 PWM 电路开始工作 输出受控的脉宽可变的交流脉冲推动推 挽开关电路中的推挽功率管 并时刻根据输出电压的脉动来调整脉冲宽度 以保证输出 电压的稳定 推挽开关电路中 推挽功率管依次开关 产生的脉动交变电压被开关变压 器感应到副级 经输出电路整流滤波 形成主机所需各路电压 保护电路则监视各路输 出电压 当发生过压 欠压故障时及时启动 使 PWM 电路停止工作 以保证电路及主 机的安全 4 精密电压基准精密电压基准 IC TL431 精密电压基准 IC TL431 是 T0 92 封装如图 1 所示 其性能是输出压连续可调达 36V 工作电流范围宽达 0 1 100mA 动态电阻典型值为 0 22 欧 输出杂波低 图 2 是 TL 431 的典型应用 其中 脚两端输出电压 V 2 5 R2 十 R3 V R3 如果改变 R2 的阻值大小 就可以改变输出基准电压大小 ATX 电源的结构特点电源的结构特点 ATX 电源是近年来在电脑中广泛采用的新型电源 它配合 ATX 主板 除了可以手动开 关电源外 还支持软件开 关电源以实现远程控制功能 ATX 电源是在 AT 电源的基础上发展起来的 它的主变换电路也是采用了半桥式开关电 源 但从结构上讲 ATX 电源作了如下改进 1 ATX 电源增加了一个辅助开关电源 如图所示 当 ATX 电源交流输入端一旦有 220 V 的交流电时 辅助电源就开始工作 一路经整流 7805 三端稳压器稳压 输出 5V 电 压供给 ATX 主板内部一部分在关机状态下要保持工作的芯片 如网络通信接口 电源监 控单元 系统时钟等部分芯片使用 另一路经整流滤波 输出辅助 12V 电源 供给 AT X 电源内部 TL494 等芯片工作 为 ATX 电源主变换电路的启动作准备 2 综合供电接插件接口不同 ATX 电源采用了 20 脚长方型双排综合插件向主板供电 5 3 输出电压不同 ATX 电源增加了 3 3V 5V 供电和一个 PS ON 控制输入端口 其中 3 3V 电压主要为 CPU PCI 总线供电 4 电源的启动方式不同 ATX 电源一般不设市电开关 而采用 TL494 脉宽控制芯片和 L M339 比较放大器作为其控制的核心 其特点是引用 TL494 第 4 脚的死区控制功能 当 辅助电源工作时 一路输出 5V 到主板 另一路输出 12V 供给 TL494 电源 经过该芯 片内部稳压电路 由 14 脚输出 5V 并和 13 15 脚相接 再经分压电路到 LM339 电压 比较器的反向端 其反向端电压约为 4 5V 当 PS ON 为 5V 时 LM339 输出为高电平 5 V TL494 的 8 11 脚无输